火星的地幔和地壳具有独特的结构，并具有可辨别的储层，这是通过加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家和同事在地球上分析的陨石而得知的。

近几十年来，科学家从南极洲和非洲的多个地点收集了大约 13 亿年前形成并被火星抛射出去的陨石。斯克里普斯海洋学地质学家詹姆斯·戴和他的同事于 5 月 31 日在《科学进展》杂志上发表了对这些来自火星的样本化学成分的分析结果。

研究负责人戴伊表示，这些结果不仅对于了解火星的形成和演化方式至关重要，而且还可以为美国宇航局最近的洞察号、毅力号和火星样本返回等任务提供精确的数据。

“火星陨石是我们从火星获得的唯一实物材料，”戴说。“它们使我们能够进行精确的测量，然后量化火星内部和火星表面附近发生的过程。它们提供了有关火星成分的直接信息，可以为任务科学提供依据，例如在那里进行的毅力号火星车作业。”

Day 的团队利用来自同一座火山的陨石样本(被称为纳赫利特陨石和恰西尼陨石)整理出了火星的形成过程。大约 1100 万年前，一颗巨大的陨石撞击火星，削去了火星的部分岩石，并将岩石抛向太空。其中一些以陨石的形式降落在地球上，第一颗陨石于 1815 年在法国恰西尼被发现，随后于 1905 年在埃及的纳赫拉被发现。

此后，在毛里塔尼亚和南极等地发现了更多此类陨石。科学家之所以能够确定火星是它们的起源地，是因为这些陨石相对年轻，来自最近活跃的行星，与地球相比，其丰富的氧元素成分不同，并且保留了 20 世纪 70 年代海盗号着陆器在火星表面测量到的火星大气成分。

研究小组分析了两种关键的陨石类型：钠赫石和希西尼陨石。钠赫石属于玄武岩，与如今冰岛和夏威夷喷发的熔岩类似，但富含一种名为单斜辉石的矿物。希西尼陨石几乎完全由橄榄石矿物构成。在地球上，玄武岩是地壳的主要成分，尤其是在海底，而橄榄石则大量存在于地幔中。

火星上的情况也一样。研究小组表明，这些岩石通过火山内部的分异结晶过程相互关联。通过这些岩石的成分，他们还表明，一些当时熔融的钠长石与靠近地表的地壳部分结合，这些地壳也与火星大气相互作用。

“通过确定钠赫石和赤铁矿来自同一火山系统，并且它们与因大气相互作用而改变的火星地壳相互作用，我们可以识别出火星上的一种新岩石类型，”戴说。“通过现有的火星陨石收藏，它们全部都是火山起源的，我们能够更好地了解火星的内部结构。”

该团队之所以能够做到这一点，是因为纳赫利石和恰西尼石具有独特的化学特性，以及其他火星陨石的特征成分。这些成分揭示了火星上地壳因大气而发生变化，地壳更深且复杂，地幔中来自火星深处的羽流已经渗透到地壳底部，而火星内部在其演化早期形成的部分也已融化，形成了不同类型的火山。

“值得注意的是，火星的火山活动与地球有着惊人的相似之处，但也有不同之处，”戴说。“一方面，钠赫利特和钙钛矿的形成方式与夏威夷瓦胡岛等地最近的火山活动类似。在那里，新形成的火山向地幔施压，产生构造力，从而产生进一步的火山活动。”

“另一方面，火星上的储层非常古老，在星球形成后不久就彼此分离。在地球上，板块构造有助于随着时间的推移将储层重新混合在一起。从这个意义上说，火星提供了早期地球可能的样子与今天的样子之间的重要联系。”

除了戴伊之外，斯克里普斯海洋研究所的马琳·帕奎特和内华达大学拉斯维加斯分校及法国国家科学研究中心的同事也参与了这项研究。美国宇航局的“太阳系运作”和“新兴世界”计划为这项研究提供了资金。